Průlom ve výzkumu mionů: Bylo dosaženo přesnosti magnetického momentu!

Průlom ve výzkumu mionů: Bylo dosaženo přesnosti magnetického momentu!

3. června 2025 představila spolupráce Muon g-2 své třetí a poslední měření anomálního magnetického momentu mionu. Tato nová analýza dospěla k experimentální hodnotě aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 a překročila původní cíle s nečekaně vysokou přesností 127 dílů na miliardu. To ukazuje pozoruhodný pokrok v přesném měření, které hraje důležitou roli v moderní fyzice částic.

Měření byla provedena ve Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) a zahrnují data z šestileté výzkumné fáze, která trvala do 9. července 2023. Během tohoto období bylo naměřeno přes 308 miliard mionů, přičemž přesnost měření se zlepšila z 200 na 127 dílů z miliardy. Prof. Dr. Martin Fertl z Johannes Gutenberg University Mainz je jediným německým výzkumníkem v mezinárodní spolupráci Muon g-2, která sdružuje téměř 180 vědců z 37 institucí v sedmi zemích.

Pohled na experiment s mionem g-2

Experiment Muon g-2 sleduje precesi magnetického momentu mionů, které jsou jim podobné, ale jsou asi 200krát těžší než elektrony. Tyto základní částice mají relativně krátkou životnost a prodloužené vlastnosti, které jsou ovlivněny kolísáním vakua. Tyto výkyvy jsou také důvodem aktuální odchylky anomálního magnetického momentu, který se odchyluje asi o 0,1 % od teoretické hodnoty. Experiment využívá supravodivý magnetický prstenec o průměru 14 metrů k analýze mionů za kontrolovaných podmínek.

Nejnovější výsledky jsou v souladu s předchozími měřeními z let 2021 a 2023, ale nabídly nová, přesnější data. Iniciativa Muon g-2 Theory Initiative současně zveřejnila nové předpovědi pro anomální magnetický moment, které dávají teoretickou hodnotu aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 na základě mřížkových QCD výpočtů. Tato dohoda by mohla poskytnout důkaz, že existují fyzikální jevy, které přesahují standardní model.

Spojení s temnou hmotou

Výzkum anomálního magnetického momentu by také mohl poskytnout důležité poznatky o temné hmotě, která je považována za základní stavební kámen struktur ve vesmíru. Fyzici hledají temnou hmotu pomocí dvou metod: prostřednictvím přímých experimentů na urychlovačích částic, jako je Velký hadronový urychlovač, a prostřednictvím nepřímých studií známých fyzikálních procesů, které vyžadují přesnost. Měření ve Fermilabu ukázala, že miony jsou schopny hledat ve vakuu virtuální částice a potenciálně tak objevit nové částice, které by mohly tvořit temnou hmotu.

Experimenty ve Fermilabu také způsobily revoluci v chápání teoretických výpočtů, které se v minulosti lišily od pozorování. V nejnovější studii vyplynuly nové poznatky z podrobnějšího posouzení fluktuací vakua, díky čemuž jsou odchylky od standardního modelu srozumitelnější.

I když je experiment Muon g-2 nyní dokončen, stále by mohl sloužit jako měřítko pro budoucí měření. Další experiment v Japonsku má poskytnout další data, i když s nižší přesností, ve 30. letech 20. století. Úkolem je interpretovat výsledky a najít odpovědi na otázky, které nastolily nejnovější výsledky, včetně potřeby objasnit, proč nebyly v LHC objeveny žádné nové částice.

Nedávná odhalení a vývoj v teoretické fyzice jasně ukazují, že někdy protichůdné výsledky experimentů s mionem g-2 a LHC by mohly vést k vzrušující fázi částicové fyziky, ve které budou zpochybňovány staré teorie a rozvíjeny nové myšlenky, aby bylo možné lépe porozumět vesmíru a jeho základním silám.

V neposlední řadě spolupráce Muon g-2 definuje cestu pro budoucí vědecké objevy a posouvá porozumění základním fyzikálním konceptům, které přesahují to, co jsme dříve považovali za samozřejmé.

Další informace a podrobnosti o studii naleznete zde zde, o roli temné hmoty zde a diskutovat o hledání nových částic zde.